红外音频传输装置竞赛报告

PAGE21第七届电子基本技能竞赛实验报告竞赛题目：红外无线音响装置的设计队名：The海队员：冯明宇，符裕桑，吴淑花所属学院：信息科学与工程学院摘要红外线是可见光谱中位于红色光之外的光线，尽管肉眼看不到这种光线，但利用红外线发送和接收装置却可以发送和接收红外线信号，实施红外线通讯。利用红外线通讯无需连线，只需将两设备的红外线装置对正即可传输数据。红外线通讯方向性很强，适用于近距离的无线传输。利用红外线来传送音频信号，这是一种红外线无线光通信电路。目前，这种通信方式主要应用于室内，如构成无绳电话及无绳耳机系统等。红外线的传输距离虽然不远，但应用于办公室和家庭已绰绰有余。由于可免去布线的麻烦。本设计它具有结构简单、易于制作、无干扰、噪声低等优点。关键词：红外音频传输目录驻极体话筒放大电路…………………4红外音频发射接收模块设计………51.红外音频发射模块…………………...52.红外音频接收模块……6系统功能单元模块设计………………101.信号监测模块…………………...102.频率测量和显示模块………113.音量指示灯模块……………17电路调试与测试果……18总结……………………19参考文献………………19附录：作品实物一，驻极体话筒放大电路1.1电路图设计图1.1驻极体话筒放大电路由于驻极体话筒拾取的音频信号是很小的，因此需要加放大电路，在这电路中，我们用了共射放大电路，用于音频信号的放大，其放大的倍数可等效于等于R3/R4=4,7k/470=10图1.2放大波形二，红外音频发射接收模块设计1.红外音频发射模块1.1电路设计图图1.3红外发射电路图1.2电路元件介绍C11：隔直流通交流，用于耦合音频信号C12C13：电源旁路电容R12R11:偏置电阻，控制基极电流，调节发射功率，R11为固定电阻。用于防止R12调节不当，使VT毁坏VT11:用于放大电流，驱动红外发射管R13:作限流电阻，防止VD毁坏VD:红外发射管，对音频信号的幅度大小同步调制，转变为红外信号发送出去.导通电压1.8-2v工作电流10ma1.3电路原理发射部分由5V电源提供，音频信号经过鉴频后，由VT11放大后通过红外发射管发射，调节可变电阻可调节基级电流，控制发射功率，但发射功率不能调过大，以免烧坏VT或二极管。C11是发射器的核心；当音频信号输入时，经耦合电容C11（4.7μ）的隔直作用后会在VT11的基极加上一组和音频信号一样变化的电流，在由VT11的放大作用，驱动红外发光管。使其对音频信号的幅度大小同步调制，转变为红外信号发送出去。2.红外音频接收模块2.1电路图设计2.2电路元件介绍R21:红外接收管的偏置电阻，静态时，为红外接收管提供工作电流C21：耦合电容C22：lm386的旁路电容C24:滤波电容C25:耦合电容C23:lm386增益电容，为10uf时，增益为200Lm386:音频集成功放扬声器：0.5瓦8欧2.3电路原理红外接收器由光电转换、电源、音频放大器及扬声器四大部分组成，接收器电路如图所示。经调制的红外信号首先被红外光敏管接收并转换为变化规律和音频信号相同的电信号，相当于经过耦合电容C21（0.22μ）隔直作用后，再由LM386音频集成功放放大，放大倍数约为200。2.4电路调试红外接收管VD在电路中需要反置，VD再受到光作用时，方向电流约为20ua，R21为红外接收管VD的偏置电阻，静态时为VD提供静态工作电流,6v电源供电，静态时应使VD偏置在3v左右，根据公式R21=(6-3)v/0.02ua=150k左右，由于红外接收管参数的区别，因此接收电路中R21应取470k电阻器用于调节红外接受管接收信号的灵敏度2.5LM386的功能介绍2.5.1LM386的功能介绍LM386是一种音频集成功放，具有自身功耗低、电压增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点，广泛应用于录音机和收音机之中。2.5.2LM386内部电路LM386内部电路原理图如图2所示。与通用型集成运放相类似，它是一个三级放大电路。第一级为差分放大电路，T1和T3、T2和T4分别构成复合管，作为差分放大电路的放大管；T5和T6组成镜像电流源作为T1和T2的有源负载；T3和T4信号从管的基极输入，从T2管的集电极输出，为双端输入单端输出差分电路。使用镜像电流源作为差分放大电路有源负载，可使单端输出电路的增益近似等于双端输出电容的增益。第二级为共射放大电路，T7为放大管，恒流源作有源负载，以增大放大倍数。第三级中的T8和T9管复合成PNP型管，与NPN型管T10构成准互补输出级。二极管D1和D2为输出级提供合适的偏置电压，可以消除交越失真。引脚2为反相输入端，引脚3为同相输入端。电路由单电源供电，故为OTL电路。输出端（引脚5）应外接输出电容后再接负载。电阻R7从输出端连接到T2的发射极，形成反馈通路，并与R5和R6构成反馈网络，从而引入了深度电压串联负反馈，使整个电路具有稳定的电压增益。2.3.3LM386的引脚图LM386的外形和引脚的排列如下图3所示。引脚2为反相输入端，3为同相输入端；引脚5为输出端；引脚6和4分别为电源和地；引脚1和8为电压增益设定端；使用时在引脚7和地之间接旁路电容，通常取10μF。2.5.3集成功率放大电路的主要性能指标集成功率放大电路的主要性能指标除最大输出功率外，还有电源电压范围、电源静态电流、电压增益、频带宽、输入阻抗、输入偏置电流、总谐波失真等。静态功耗低,约为4mA,可用于电池供电。

工作电压范围宽,4-12Vor5-18V。

外围元件少。

电压增益可调,20-200。

低失真度。LM386电源电压4--12V，音频功率0.5w。LM386音响功放是由NSC制造的，它的电源电压范围非常宽，最高可使用到15V，消耗静态电流为4mA，当电源电压为12V时，在8欧姆的负载情况下，可提供几百mW的功率。它的典型输入阻抗为50K。3.红外音频发射接收总体电路设计3.1红外音频信号发射接收设计图图1.5红外发射接收原理图三．系统功能单元模块设计1.信号监测模块1.1电路图设计图1.6信号监测电路1.2电路元件介绍lm393:为电压比较器R31R32R33R34:为偏置电阻，为U2A提供偏置电压，RV:用于调节电压差C32:为U3A同相输入端提供基准电压R35:为上拉电阻，使lm393能够输出高电平

R37:为限流电阻D1:用于整流，C33:滤波1.3电路原理：R31R32R33R34R37为U2A提供偏置电压，反相端电压=((R32+RV)/(R31+R32+R3V))*US同相端电压=(R32/(R32+R34))*Us反相偏置电阻大于同相偏直电阻，因此U2A的输入端存在电压差，且无信号输入时反相偏置电压大于同相偏置电压，U2A输出低电平，U3A输出高电平，电源电压经R37加载在led上，驱动led发光，实现无信号输入时指示灯亮起。而当有信号输入时，当输入的信号幅度大于U2A存在的电压差时，由于交流信号作用，(当有交流信号时，随交流波动,有时（正半周）高，有时（负半周）低)1脚输出方波，高电平时C2充电，低电平时D1阻止放电，C2高电平，7脚输出低电平，拉低了输入的电源电压，使led灭。)U2A会输出一个方波，经D1整流成直流向C33充电，因C33放电作用，U3A为高电平，U3A输出低电平拉低LED电压，使led灭起，实现有信号指示灯亮起。(2)注意事项：电路中R37为限流电阻，通过R37的调节，可适当加大减小R37阻值，改变指示灯的亮度，但由于lm393的最大灌输电流为16ma根据电流计算公式I=(6-2)/250=16ma，因此R37的取值不能低于250欧1.4.电路调试电路中RV用于调lm393电压比较器输入存在的电压差，只要调当话筒无音频信号输入时，电路指示灯亮起，有信号输入时，电路指示灯熄灭即可2.频率测量和显示模块2．1简述本设计主要运用数字电路的知识，由NE555构成时基电路，CD4017构成控制电路，CD40110组成阀门控制电路和74ls160组成计数锁存译码显示电路。从单元电路的功能进行划分，该频率计由四大模块组成，分别是时基电路、控制电路（锁存及清零），门控电路和计数电路。计数电路计数电路时基电路控制电路门控电路时基电路控制电路门控电路被测信号被测信号2.2整体电路及单元模块电路设计2.2.1整体电路图设计图1.7频率测量及显示电路2.2.2单元模块电路设计及原理1.时钟电路电路如图所示，由NE555构成的震荡电路，在555震荡电路中，电容C1进行充、放电，。加上D1，使C1充电主要通过D1进行，放电则通过R7进行，这使方波脉冲的占空比有一个合理的限定作用；555的3脚输出振荡脉冲，调节5k电位器可校准1hz时钟信号。其中LED为黄色发光二极管，用于指示频率根据频率公式：

f=1.443/(R6+2*R7)*C；R6是10K串联了5K的可变电阻，可变电阻阻值取调节中点，也就是2.5K，单位是欧姆，所以R6=12.5K=12500（欧姆）；

R7=1K=1000（欧姆）；

C=100uF=0.0001F代入公式：f=1.443/(R6+2*R7)*C

=1.443/（12500+2*1000）*0.0001=1.443/（12500+2000）*0.0001

=1.443/14500*0.0001

=1.443/1.45

=0.995（秒）

用可变电阻RW可以精确调节到1秒。图1.8时钟电路图1.9时钟信号2.计数、显示电路此电路由四个74LS160十进制计数器构成，四个160芯片接成10000进制计数器，用来对0—9999Hz的频率进行计数；74LS160芯片自身有计数和保持功能，只要通过逻辑电路输入相应的控制信号，就能实现计数和锁存功能。电路中，当clk端有脉冲信号到来时计数器开始计数，然后输出到译码器，当R端有清零信号来时，计数器会进行清零。逻辑控制电路图2.0逻辑控制电路NE555等构成频率为1Hz的振荡信号，由其3脚输出经非门反相后，作为控制信号加到CD4017的CP输入端，产生时序控制信号，从而实现1s内的脉冲计数（即频率检测）、数值保持及自动清零。从下图可以看出，当非门输出端输出第一个高电平脉冲时，这个脉冲使得CD4017的Q0输出端由低电平变为高电平；在CD4017的CP输入端输入的第二个脉冲信号到来之前，Q0将一直保持高电平状态。在Q0输出高电平时,由CD4011组成的“与”门控制电路打开，从U15B与非门的另一端输入的被测信号就可以通过“与”门控制电路，进入到U15C与非门的输入端，进行脉冲计数。通过调节电位器调整NE555的振荡频率，使得Q1输出高电平的持续时间为1s，那么在1s内的计数累计的计数脉冲个数，即为被测信号的频率。图2.1示波器波形4.频率显示电路当U16B与非门输出第二个脉冲信号时，CD4017的Q0输出端由高电平变为低电平，Q1输出端由低电平变为高电平。Q0输出端的低电平使“与”门控制电路关闭，此时由U15B的另一脚输入的被测信号就不能通过，计数器不工作。因此，当第4个脉冲出现时，数显计数器停止计数。在第4个脉冲到来之前，Q0输入端保持低电平，因此可实现1秒测量，2秒显示。5.计数及显示清零电路当第三个脉冲来到时，Q1端变为低电平，Q2端输出高电平，但是由于Q3端与CD4017清零端MR相连接，这个高电平信号使CD4017清零，Q0,Q1,Q2端全变为低电平。CD4017的Q2输出端出现的瞬时高电平信号通过U15D加到四片74LS160计数器的清零端R，使计数器及数显清零，以便下次重新计数。6.频率计音频信号放大电路由于交流信号的幅度要达到频率所计所能测的最小幅度时，才能被频率计所测量，因此需要在扬声器音频输出端加音频信号放大电路，使音频信号的幅度加大，原理图如下3.音量指示灯模块3.1电路图设计图2.2音量指示电路3.2电路元件介绍RV1*：调节输入信号大小C41C42D411D42：组成贝压整流电路，用于音频信号增倍R5-R84.7k：限流电阻D42-D46:实现管压差VT1-VT4：相当于开关，控制led亮灭3.3电路原理此电路主要利用了三极管的开关特性，从而实现随着输入音频信号的越大，三极管导通的个数越多，led被点亮的个数也就越多，因此可以用于指示系统音量的大小。其电路原理是：电路中R18用于改变输入音频信号的大小，可用于调节指示灯的灵敏度，R5-R8用于三极管的限流，其取值是经验值，需要根据调试情况取值，经过本电路调试，R5-R8适合取4.7k，也可以4.7k为基准值，根据实际电路调试情况，适当增加或减小其取值，以调节led亮度，但注意其取值不能过小，否则会因电流过大而使三极管烧坏，也不能过大，否则会使在音频信号足够大情况下，也无法使最后一路的三极管导通，c11D7D1C15构成二倍贝压整流电路，从扬声器输入此电路的交流音频信号经过二倍贝压整流电路后，能够变为直流，且直流音频信号电压值得到增倍，然后加载在三极管上，当加载在三极管上的音频信号使三极管导通后，与三极管基极所在同一路的led接地，从而形成回路，从而使电源电压驱动led发光，因此利用此原理能够使多路led能动态的显示电路音量的大小本电路重点保证各路LED电路之间有一定的电压差，才能实现LED亮的个数表示音量大小，为了实现电压差，我们想到了用使用二极管，二极管主要有硅管和锗管，硅管的导通电压为0.7v，而锗管的导通电压为0.3v，考虑到输入电路的音频信号的大小，和为了能够在电路中使用多路led，因此在此电路中我们使用导通电压只有0.3v锗管来实现多路led间存在的电压差四，电路检测与调试4.1电路检测检查电路是否接错，如果接错应进行拆焊，然后根据原理图将焊错的元器件正确的焊接到电路板上,同时应注意二极管的正负极有没有接反，三极管的各个管脚有没有接错等，然后用万用表逐个认真细致的检测各焊点的电流情况，看有没有出现虚焊和元器件损坏现象。4.2红外发射接收电路调试电路检测没问题后，发射部分调节可变电阻R1使VT的静态电流在30mA左右，先使发射管和接收管靠近，看是否能通过扬声器听到清晰的声音；然后将发射管和接收管逐渐远离至1米，若仍能清楚的听到声音却不失真，证明红外发射接收管工作正常。4.1.2监测信号电路调试调节RV，使信号检测灵敏度适当，使话筒有信号输入时，指示灯不亮